燃料電池 中國電池網資料圖
一條“充電1分鐘，續航800公里”的新聞，把我們的視線拉到了固態電池之上。似乎固態電池一下子成了促使電動汽車取得飛躍的法寶。雖然細究一下，不難發現這條由菲斯克公司所披露的消息仍然有很多值得商榷之處，但至少說明固態電池正在成為電池發展新的方向。
另一方面，已經說了很多年的燃料電池汽車近年來也隨著日韓車企相繼投產而成為關注的焦點。固態電池和燃料電池，究竟誰才是未來新能源汽車的方向？各自又會遇到怎樣的困難呢？
“靈活的、優越的能量密度固態電池”，美國電動汽車制造商菲斯克的這項專利，號稱將電動汽車的續航能力提高到804公里，充電時間則縮短到1分鐘。而這項專利所描述的事實上就是固態電池。
我們不妨用初中物理知識來簡單計算一下。按照目前電動汽車較為優秀的10kWh/100km能耗水平計算，804公里需要耗能80.4kWh，那么1分鐘充滿那么多電，充電功率將達到將近5000kW。
5000kW是什么概念？幾乎是一個中型發電站的功率。因此，菲斯克的這個專利僅僅是針對單節固態電池的實驗室數據。在現實情況下，考慮到電池組的集成和電網的承受能力，所謂的“充電1分鐘，續航800公里”只能是一個宣傳的噱頭。
不過，固態電池確實是目前車用動力電池取得能量密度突破的重要方向。而另一個發展方向燃料電池汽車，近年來也在如火如荼地前進。君不見，當特斯拉和豐田在相互嘲諷對方的技術路線時，就意味著這里一定大有文章可講。
固態電池：能讓純電動汽車實現大規模商業化的突破口
每一次電池性能的顯著提升，本質上都是電池材料體系的重大變革。因為每一類電池材料體系都有其能量密度的上限。
從第一代的鎳氫電池和錳酸鋰電池，第二代的磷酸鐵鋰電池，到目前廣為采用并預計持續到2020年左右的第三代三元電池，能量密度和成本分別呈現出階梯式上升和下降的明顯趨勢。因此，下一代動力電池選用何種電池體系，對于實現2025年左右的電池目標至關重要。
目前的磷酸鐵鋰電池，單體能量密度大致在120-140Wh/kg，規模化的三元電池單體能量密度可以達到130-220Wh/kg，實驗室里的三元電池則可以達到300Wh/kg。
但受制于現有體系架構和關鍵正極材料影響，現有體系的鋰離子電池能量密度基本上很難突破300Wh/kg，很難滿足未來動力電池的需求。想要達到2025年單體電池能量密度400Wh/kg、2030年500Wh/kg的水平，新興電池技術研發及產業化迫在眉睫，那意味著電動汽車的續航里程相比現在將翻一番。
目前商用的鋰離子電池，主要問題在于使用液態/膠狀電解質，電化學窗口有限，難以兼容金屬鋰負極和新研發的高電勢正極材料，從而使能量密度上升存在瓶頸。而在安全層面，這樣的架構還會造成短路引燃、離子濃度差增大電池內阻、電極材料持續消耗等問題。
而固態電池進入視野，正因為它具有高的離子電導率和機械強度、寬的電化學穩定窗口和工作溫度區間，能夠實現高能量密度、高功率密度和高安全。
固態電解質比有機電解液具有更寬的電化學窗口，有利于進一步拓寬電池的電壓范圍，并且因為不存在濃差極化而可以工作在大電流條件，從而提升電池能量密度。同時固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題、無需隔膜隔開正負極、阻止鋰枝晶的生長，從根本上避免了電池的短路現象，能夠應用更多的負極材料。
此外，在集成進電動汽車時，固態電池還具有結構緊湊、規模可調、設計彈性大等利于整車集成的特點。
這樣看來，固態電池是不是就完美了呢？事實上遠非如此。目前具有潛力的固態電解質材料可以分為聚合物、硫化物和氧化物，然而不同的材質與不同的排列組合化學性能差異很大，有的充電速度快，有的能量密度高，各有所長又各有所短，很難做到一種材料解決所有的問題。
同時化學性質不夠穩定、制備工藝不完善等問題的真實存在也讓固態電池還有相當長的路要走。
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